Sul complesso di lancio tredici della stazione spaziale di Cape Canaveral, l'atmosfera nella sala di controllo è satura di concentrazione per le procedure finali di condizionamento dei propellenti e la verifica dei parametri di telemetria. Un violento temporale tropicale ha costretto i responsabili di missione a sospendere temporaneamente il conto alla rovescia, riducendo sensibilmente i margini della finestra di lancio giornaliera. Dopo un'attenta valutazione delle condizioni meteorologiche e dei radar di tracciamento, il direttore di volo concede l'autorizzazione definitiva al decollo. Il vettore Atlas SLV-3, sormontato dallo stadio superiore Agena D, accende i propri motori e si stacca dalla rampa il 1 agosto 1967, proiettando la sonda Lunar Orbiter 5 nel cielo della Florida.
L’obiettivo primario di questa quinta e conclusiva missione del programma gestito dal Langley Research Center della NASA consiste nell'eseguire una mappatura fotografica ad altissima risoluzione di siti prioritari, sia per identificare i punti di allunaggio delle successive missioni Apollo e Surveyor, sia per soddisfare complessi interrogativi geologici. Durante la prima fase di volo atmosferico, la telemetria mostra che i sistemi di guida inerziale mantengono la rotta prevista con estrema precisione. Al termine del lavoro del primo stadio, la separazione avviene regolarmente e lo stadio Agena D effettua la prima accensione per collocare il veicolo in un'orbita temporanea di parcheggio attorno alla Terra.
Dopo una breve fase di scivolamento orfano di spinta, la seconda accensione dello stadio Agena D fornisce la variazione di velocità necessaria per inserire il veicolo nella traiettoria di trasferimento traslunare. Con confermata separazione dallo stadio superiore, la sonda distende le quattro strutture dei pannelli solari per la ricarica delle batterie di bordo e dispiega le antenne ad alto e basso guadagno per stabilire la catena di comunicazione radio con le stazioni di terra della rete di tracciamento per i voli con equipaggio.
Durante la fase di crociera traslunare, i controllori di missione coordinano le operazioni dal centro di controllo, monitorando la stabilità termica e la stabilità giroscopica dell'assetto. Una singola manovra correttiva di metà percorso viene eseguita con successo per affinare il vettore di ingresso nell'influenza gravitazionale lunare. Quando il veicolo raggiunge la prossimità del satellite, i tecnici inviano i comandi per l'orientamento di frenata e l'accensione del propulsore principale da cento chilogrammi di spinta per l'inserzione in orbita.
L'accensione rallenta il veicolo e lo cattura in un'orbita polare lunare fortemente inclinata, pari a 85 gradi. Questa specifica inclinazione garantisce una copertura cartografica completa, consentendo al sistema ottico di sorvolare sia il lato visibile sia le vaste regioni del lato nascosto. Nelle ore successive, la sonda abbassa ulteriormente la quota del periselio per ottimizzare la scala delle riprese fotografiche. I tecnici avviano il condizionamento dell'apparato fotografico di bordo, che include il sistema di sviluppo chimico della pellicola, confermando la piena operatività dei sensori per la rilevazione di micrometeoriti e dei dosimetri per le radiazioni ambientali.
La missione Lunar Orbiter 5 ha rappresentato il culmine operativo del programma di esplorazione robotica che ha spianato la strada al programma Apollo, trasformando radicalmente la comprensione scientifica e cartografica della Luna. Se le prime tre sonde della serie si erano concentrate esclusivamente sulle fasce equatoriali del lato visibile per individuare aree piatte idonee allo sbarco umano, l'ultimo veicolo della flotta ha combinato obiettivi tattici con una vasta campagna di indagine geologica globale.
Il cuore scientifico del veicolo era costituito da un complesso sistema ottico a doppia lente, capace di impressionare simultaneamente un'unica pellicola da settanta millimetri con fotogrammi ad alta e media risoluzione. Questo apparato non si limitava a scattare fotografie, ma sviluppava chimicamente la pellicola a bordo e la scandiva mediante un microscopico fascio luminoso per convertire le immagini in segnali radio analogici trasmessi a Terra. Attraverso questa tecnologia, la sonda ha acquisito centinaia di fotogrammi ad alta nitidezza, permettendo di mappare dettagli superficiali fino a una risoluzione di soli due metri.
I risultati fotogrammetrici hanno completato la copertura quasi totale della superficie lunare, raggiungendo una percentuale pari al novantanove percento dell'intero corpo celeste se considerata la totalità delle cinque missioni. Nello specifico, la quinta sonda ha fornito immagini dettagliate di trentasei aree di elevato interesse geologico, analizzando crateri complessi come Copernico, Tycho e Aristarco, e fotografando cinque potenziali siti d'allunaggio per i futuri equipaggi umani. Inoltre, le riprese del lato nascosto hanno colmato le ultime lacune cartografiche lasciate dalle missioni precedenti, rivelando la marcata e inattesa asimmetria crostale tra i due emisferi lunari.
Oltre ai dati fotografici, il contributo scientifico fondamentale della missione è derivato dal tracciamento radio ad altissima precisione della sua traiettoria orbitale. L'analisi delle minime perturbazioni riscontrate nella velocità del veicolo ha consentito agli scienziati di modellare la struttura del campo gravitazionale lunare con un dettaglio mai ottenuto prima. Questo studio ha portato alla scoperta delle concentrazioni di massa sotterranee, note come mascon, situate al di sotto dei grandi mari lunari di origine impattiva. La comprensione di queste anomalie gravitazionali si è rivelata indispensable per calcolare con precisione le orbite dei moduli di comando e allunaggio delle successive esplorazioni umane, evitando deviazioni di rotta potenzialmente letali durante le fasi di discesa.
Infine, le misurazioni continue condotte dai dosimetri a ioduro di cesio e dai sensori di impatto per micrometeoriti hanno confermato che i livelli di radiazione nello spazio cis-lunare e la densità delle polveri interplanetarie rientravano nei limiti di tolleranza previsti per la progettazione delle tute e delle navette abitate. Quando la sonda è stata intenzionalmente fatta impattare sulla superficie lunare al termine della carica dei propellenti, il suo patrimonio di dati aveva ormai trasformato la Luna da un disco indistinto a un mondo geologicamente complesso e dettagliatamente mappato, pronto per essere calpestato dai primi esploratori umani.
